novembre 1997, 566

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ED 72
FICHE
PRATIQUE
DE
SECURITE
30, rue Olivier Noyer
75680 PARIS CEDEX 14
Tél. [phone]
PRINCIPES GÉNÉRAUX
Un accélérateur de particules est un générateur élec-
trique de rayonnements ionisants au sens du décret mo-
difié n° 86-1103 du 2 octobre 1986 relatif à la protection
des travailleurs contre les dangers des rayonnements io-
nisants.
C'est un appareil ou une machine qui communique
une énergie cinétique à des particules chargées électri-
quement grâce à un dispositif d'accélération spécifique
qui les transfert du vide vers un autre milieu. C'est la mise
en œuvre du système d'accélération avec transfert de par-
ticules vers l'extérieur de l'appareil qui permet de diffé-
rencier l'accélérateur de particules des générateurs élec-
triques de rayons X.
Ce document concerne les accélérateurs d'électrons
de 1 à 10 MeV. Son contenu peut cependant être extra-
polé aux installations comprenant des appareils d'éner-
gie au moins égale à 500 keV et d'une puissance supé-
rieure à 5 kW. Il ne décrit que les installations génératrices
d'électrons utilisés sous forme de rayonnements βet X.
Son objectif est de donner des règles de radioprotection
en abordant d'autres risques tels les dangers dus à la pré-
sence de l'électricité.
Un accélérateur comporte une source de production
de particules chargées, un tube d'accélération qui leur
communique de l'énergie cinétique et un système de ba-
layage ou scanner destiné à guider les particules pour les
projeter sur une cible. En pratique, le faisceau de parti-
cules accélérées est utilisé principalement pour des expé-
riences de physique, des traitements médicaux en radio-
thérapie, des contrôles non destructifs en radiographie
industrielle, des traitements de matériaux plastiques, des
stérilisations de matériels à usage médical et des traite-
ments divers de produits consommables (fruits, légumes,
viandes, etc.).
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LES ACCÉLÉRATEURS INDUSTRIELS
ET MÉDICAUX DE PARTICULES DE 1 à 10 MeV
I - DESCRIPTION - LIMITES D'EXPOSITION
G. Hée, INRS - DA/RPM avec la collaboration de D. Dugrillon, service Prévention CRAM du Centre
Figure 1 - Dynamitron
Note : Les auteurs remercient le Dr. G. ABADIA de l'INRS,
G. BETTEMBOURG, inspecteur du Travail DRTE Lorraine,
J.C. ZERBIB, ingénieur CEA/UGSP et les experts du groupe
M 60-1 du BNEN présidé par J. CHATELET pour l'aide ap-
portée à la rédaction de ce document.
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L'action du scanner sur le faisceau étroit d'électrons assure
l'irradiation à des profondeurs plus ou moins importantes d'un
objet fixe ou mobile. En sortie d'accélérateur, une fenêtre consti-
tuée d'une feuille de titane permet le passage des électrons vers
l'extérieur et la cible sans affecter la qualité du vide des dispo-
sitifs de génération, d'accélération et de balayage.
On distingue trois catégories d'accélérateurs :
- les accélérateurs circulaires,
- les accélérateurs électrostatiques,
- les accélérateurs linéaires.
Les accélérateurs circulaires, mettant en œuvre des éner-
gies considérables (supérieures à plusieurs dizaines de MeV),
sont généralement classés en INB, “installations nucléaires de
base”. Ils sont réservés à la recherche scientifique et leur construc-
tion résulte souvent d'une coopération internationale. Ce type
de matériel constitue le noyau de grands centres de recherches
autour duquel s'affairent un certain nombre d'équipes spécia-
lisées. Les cyclotrons et les synchrocyclotrons sont exclus de
l'objet de ce document.
FONCTIONNEMENT
2.1 ■Les accélérateurs électrostatiques
Le principe du dynamitron (Figure 1) consiste à appliquer
aux particules une tension constante obtenue par un système
multiplicateur de potentiels. Dès 1930, Greinacher a développé
un système où la production d'électrons est assurée par une
triode T qui oscille à une fréquence de l'ordre de 200 kHz. Sous
l'influence d'électrodes placées en face des condensateurs C,
ceux-ci se chargent, le potentiel étant maintenu par des diodes
D disposées entre les condensateurs successifs. Cette cascade
de condensateurs protégés par les diodes produit une tension
finale égale à la somme des tensions de redressement. Cette
technologie a été exploitée industriellement grâce au dévelop-
pement des semiconducteurs de puissance. Il en a résulté des
appareils des types Cockcroft et Walton.
Dans un accélérateur de type Van de Graaff (Figure 2), des
charges électriques sont déposées, par influence ou effet de
pointe, sur une courroie isolante qui les amène jusqu'à une élec-
trode haute tension, le tube d'accélération se situant entre cette
électrode et la masse. Pour éviter les possibilités de claquage
dues à des tensions de l'ordre du million de volts, l'ensemble est
disposé dans un diélectrique gazeux sous pression. Dans la
configuration en tandem, les ions négatifs sont accélérés de la
masse vers l'électrode haute tension où des électrons leur sont
arrachés. Ils sont alors transformés en ions positifs pour être à
nouveau accélérés de l'électrode vers la masse.
2.2 ■Les accélérateurs linéaires
Les particules sont accélérées en ligne droite sous l'effet
d'un champ électrique alternatif. Plusieurs variantes ont été dé-
veloppées (Figures 3 et 4).
La première consiste à maintenir un champ électrique al-
ternatif entre des cavités cylindriques, appelées tubes de glis-
sement. Leur longueur est calculée pour qu'il y ait synchronisa-
tion entre la phase du champ et la progression des particules.
Celles-ci reçoivent une impulsion chaque fois qu'elles passent
en paquet d'un tube à l'autre.
Pour la deuxième, l'émission d'une onde électromagnétique
progressive qui se propage entraîne les particules par vagues.
L'emploi de cavités supra-conductrices permet de produire des
champs magnétiques plus intenses avec des longueurs de tubes
et une puissance requise moindres. Un autre développement
consiste à accélérer des électrons qui entraînent avec eux, grâce
aux forces de Coulomb, des ions lourds qui atteignent des vi-
tesses, donc des énergies cinétiques, considérables.
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Figure 2 - Accélérateur «Van de Graaff»
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GRANDEURS PHYSIQUES
Un accélérateur, se trouvant à la frontière des théories des
rayonnements électromagnétiques et des émissions corpus-
culaires, est caractérisé par l'énergie des particules du faisceau
donnée en keV ou en MeV (kilo ou mégaélectronvolt).
L'énergie du rayonnement dépend directement de la ten-
sion d'accélération. La dose absorbée par la matière est fonc-
tion de l’énergie et de l'intensité du faisceau.
1 eV = 1,6.10-19 joules (J)
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APPLICATIONS
- Radiologie et techniques connexes (radiothérapie, radio-
graphie industrielle...)
- Ionisation agro-alimentaire (assainissement, conservation)
- Ionisation des produits médicaux et pharmaceutiques (sté-
rilisation)
- Chimie sous rayonnement (polymérisation, vulcanisation,
produits thermo-soudables ou thermo-retractables...)
- Traitements physiques, implantation ionique
- Production de radioisotopes
- Diagraphie en forage (pétrole, gaz naturel, géothermie, re-
cherche minière...)
- Traitement de boues, déchets et effluents divers
- Traitement et durcissement de composants électroniques
et d'équipements électriques.
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UNITÉS D'EXPOSITION
Valables pour l'ensemble des rayonnements ionisants, elles
se définissent par :
5.1 ■La dose absorbée et le débit de dose
La dose absorbée D est l'énergie transmise à l'unité de masse
de la matière irradiée. Le débit de dose d est l'énergie absorbée
par unités de masse et de temps (généralement en h ou s).
D s’exprime en grays (Gy)
pour
D = 1 gray ➞➞D = 1 joule par kilogramme
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Figure 3 - Accélérateur à tubes de glissement
Figure 4 - Accélérateur en fonctionnement
La puissance électrique est le produit de la tension d'accélé-
ration par l'intensité du faisceau.
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5.2 ■L'équivalent de dose et son débit
L'équivalent de dose H est le produit de la dose absorbée
par un facteur Q qui tient compte de l'impact de chaque type de
rayonnement (α, β, γ, X et n) dans la matière. Le débit d'équiva-
lent de dose h est l'équivalent de dose par unité de temps (en h
ou en s).
H s’exprime en sieverts (Sv)
pour H = 1 Sv ➞➞ HH == 1 Gy . Q
Q = 1 (β, γet X) ; Q = 20 (α) ; Q = 2 à 11 (n)
LIMITE D'EXPOSITION EXTERNE
La limite du débit d'équivalent de dose qui peut être reçue
par l'organisme pour 12 mois consécutifs est actuellement de
50 mSv. Les limites sont moins sévères en cas d'exposition par-
tielle, des mains et des avant-bras, par exemple.
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Note : La directive 96/29/Euratom du Conseil a été adoptée le 13 mai 1996. Elle fixe "les normes de base relatives à la protection
sanitaire de la population et des travailleurs contre les dangers des rayonnements ionisants" et est publiée au Journal officiel des
Communautés européennes, N° L.159 du 29 juin 1996 - pp. 1-114.
Figure 5 - Accélérateur industriel
Rhodotron (source) : Société NACRE, 78000 - Conflans-Sainte-Honorine.
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FICHE
PRATIQUE
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SECURITE
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NORMALISATION FRANÇAISE
Il existe un fascicule de documentation édité par
l’AFNOR (Tour Europe - 92049 - Paris-La Défense Cedex)
sous l’indice C 74-209 concernant les accélérateurs mé-
dicaux d’électrons de 1 à 50 MeV.
Le groupe de travail M 60/1 du Bureau de Normalisation
de l’Equipement Nucléaire (BNEN) élabore un projet de
norme française relative à l’installation d’accélérateurs in-
dustriels.
Sous réserve d’une adoption définitive et de son ho-
mologation, cette proposition «Accélérateurs industriels
- Installations» sera classée sous l’indice :
INSTALLATION
8.1 ■Affectation des locaux
8.1.1 - Zone de rayonnement
Elle renferme, en tout ou partie, l’accélérateur et le
système de défilement des produits ou matériaux à trai-
ter. L’accès dans cette zone est interdit pendant l’irradia-
tion.
8.1.2- Zone hors rayonnement
Elle comprend généralement :
- les dispositifs de commande ,
- la partie hors rayonnement du système de
défilement du produit à traiter.
8.2 ■Réalisation des locaux
Toutes les parois et la géométrie du local d’irradiation sont
calculées, conçues et réalisées de manière à respecter
les règles en vigueur en ce qui concerne la protection des
travailleurs contre les dangers des rayonnements ioni-
sants. En particulier, ce local est muni de plusieurs dis-
positifs de sécurité raccordés dans une “ chaîne de sé-
curité ”. La rupture d’un “ maillon de la chaîne ”, (ouverture
intempestive de porte, par exemple) arrête l’accélérateur.
Les sas, les orifices techniques et toute autre ouver-
ture doivent être conçues de manière à assurer la bonne
application des règles de radioprotection.
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M 62-105
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LES ACCÉLÉRATEURS INDUSTRIELS
ET MÉDICAUX DE PARTICULES DE 1 à 10 MeV
II - INSTALLATION - PRÉVENTION
G. Hée, INRS - DA/RPM avec la collaboration de D. Dugrillon, service Prévention CRAM du Centre
Figure 6 - Accélérateur médical
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